Việc sử dụng PLC S7-1200 để điều khiển biến tần là một giải pháp tự động hóa cho phép tối ưu hóa hiệu suất vận hành và quản lý năng lượng trong công nghiệp. Việc ứng dụng công nghệ này giúp các kỹ sư và doanh nghiệp cải thiện quy trình sản xuất. Thanhthienphu.vn sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn kỹ thuật về giải pháp kiểm soát truyền động này trong nội dung chia sẻ bên dưới.
1. Chuẩn bị phần cứng và phần mềm để điều khiển biến tần bằng PLC S7-1200
Để triển khai hệ thống điều khiển biến tần bằng PLC S7-1200 thì việc chuẩn bị phần cứng và phần mềm là bước đầu tiên và cần thiết nhất. Sự chuẩn bị này đảm bảo tính tương thích, ổn định của hệ thống và hỗ trợ quá trình lắp đặt, cấu hình, vận hành.
1.1. Lựa chọn PLC S7-1200 phù hợp
PLC S7-1200 là thành phần trung tâm của hệ thống điều khiển, và Siemens cung cấp nhiều dòng CPU S7-1200 với các đặc tính khác nhau phù hợp với quy mô và yêu cầu ứng dụng đa dạng.
Các dòng CPU S7-1200 cơ bản như CPU 1211C, 1212C thích hợp cho các ứng dụng nhỏ, điều khiển số lượng ít biến tần với yêu cầu không phức tạp về I/O hay tốc độ xử lý. Đây là lựa chọn kinh tế cho doanh nghiệp nhỏ hoặc các dự án nâng cấp quy mô vừa.
Các dòng CPU S7-1200 tầm trung như CPU 1214C, 1215C cung cấp nhiều I/O tích hợp, bộ nhớ lớn hơn và khả năng xử lý cao hơn, phù hợp cho ứng dụng điều khiển nhiều biến tần, tích hợp chức năng giám sát, thu thập dữ liệu hoặc giao tiếp với hệ thống cấp cao hơn.
CPU 1215C hỗ trợ hai cổng Profinet, tăng khả năng kết nối mạng. Các dòng CPU S7-1200 cao cấp và Safety, ví dụ CPU 1217C và F-CPU (Fail-safe), được thiết kế cho các ứng dụng đòi hỏi hiệu suất cao, xử lý tác vụ phức tạp hoặc yêu cầu chức năng an toàn tích hợp, như trong dây chuyền sản xuất tốc độ cao hoặc hệ thống cần tuân thủ tiêu chuẩn an toàn máy móc.
Bảng CPU/PLC S7-1200 DC/DC/DC cho điều khiển biến tần V90 (đáng để bạn tham khảo và lựa chọn):
| Dòng | Mã sản phẩm | Bộ nhớ | Profinet / PTO | Sử dụng với V90 |
| CPU 1211C | 6ES7211-1AE40-0XB0 | 50 KB | 1 PN / 2 PTO (100 kHz) | Điều khiển 1-2 trục V90 PTI cơ bản. Ít phù hợp cho nhiều trục V90 PN do tài nguyên hạn chế. |
| CPU 1212C | 6ES7212-1AE40-0XB0 | 75 KB | 1 PN / 2 PTO (100 kHz) | Điều khiển một vài trục V90 (PN hoặc PTI). Thích hợp cho máy tự động nhỏ, băng tải đơn giản. |
| CPU 1214C | 6ES7214-1AG40-0XB0 | 100 KB – 125 KB | 1 PN / 4 PTO (100 kHz) | Lựa chọn phổ biến, điều khiển tốt nhiều trục V90 PN, xử lý logic phức tạp, có thể kết hợp HMI. |
| CPU 1215C | 6ES7215-1AG40-0XB0 | 125 KB – 150 KB | 2 PN / 4 PTO (1 MHz / 100 kHz) | Hiệu suất cao, 2 cổng Profinet linh hoạt. Điều khiển nhiều trục V90 PN phức tạp, ứng dụng yêu cầu tốc độ xử lý nhanh. |
| CPU 1217C | 6ES7217-1AG40-0XB0 | 150 KB – 175 KB | 2 PN / 4 PTO (1 MHz / 100 kHz) | Hiệu năng xử lý vượt trội cho các ứng dụng V90 PN đòi hỏi khắt khe, thuật toán phức tạp, truyền thông rộng. |
| CPU 1214FC | 6ES7214-1AF40-0XB0 | 125 KB | 1 PN / 4 PTO (100 kHz) | Có chức năng an toàn (PROFIsafe). Phù hợp điều khiển V90 PN có STO trong các ứng dụng yêu cầu an toàn máy móc. |
Khi lựa chọn PLC thì cần xem xét các yếu tố như số lượng biến tần cần điều khiển và phương thức truyền thông dự kiến như Profinet, Modbus RTU, hoặc analog/digital. Bên cạnh đó, yêu cầu về tốc độ đáp ứng, độ chính xác điều khiển, khả năng mở rộng của hệ thống trong tương lai và ngân sách dự kiến cũng là những khía cạnh quan trọng cần được cân nhắc.
1.2. Lựa chọn biến tần V90 tương thích
Biến tần Sinamics V90 của Siemens là một giải pháp được tối ưu hóa cho các ứng dụng điều khiển servo cơ bản và điều khiển chuyển động chính xác khi kết hợp với PLC S7-1200. Việc lựa chọn đúng model V90 là yếu tố then chốt để đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và tối ưu chi phí. Sinamics V90 được thiết kế cho các ứng dụng truyền động đơn trục, yêu cầu đáp ứng nhanh và độ chính xác định vị cơ bản.
Các ưu điểm chính của dòng biến tần này bao gồm sự tối ưu hóa khi hoạt động cùng động cơ servo SIMOTICS S-1FL6, tạo thành một hệ thống servo hiệu suất cao, dễ cấu hình. V90 hỗ trợ giao diện truyền thông đa dạng, bao gồm Profinet (phiên bản V90 PN) cho phép tích hợp vào TIA Portal và điều khiển qua Fieldbus, cũng như giao diện xung/hướng (PTI) cho các ứng dụng điều khiển vị trí truyền thống. Biến tần này tích hợp sẵn các chức năng như bộ hãm phanh (cho một số dải công suất) và chức năng an toàn Safe Torque Off (STO). Việc vận hành thử và cài đặt thông số được thực hiện dễ dàng qua phần mềm SINAMICS V-Assistant hoặc TIA Portal Startdrive. Đồng thời, V90 cung cấp một giải pháp servo hiệu quả về chi phí cho các ứng dụng không đòi hỏi tính năng phức tạp.
Khi lựa chọn model Sinamics V90, cần xem xét các yếu tố như công suất và loại động cơ tương thích. Cụ thể, cần xác định công suất (kW) và mô-men xoắn (Nm) yêu cầu của ứng dụng, sau đó chọn động cơ servo SIMOTICS S-1FL6 phù hợp và model biến tần V90 có dải công suất và dòng điện tương thích. Yếu tố thứ hai là điện áp nguồn cấp; Sinamics V90 có các phiên bản cho nguồn 1 pha 200-240VAC và 3 pha 380-480VAC, cần chọn model phù hợp với điện áp lưới hiện có.
Giao diện điều khiển và truyền thông cũng là một yếu tố quan trọng. Phiên bản V90 PN (Profinet) là lựa chọn ưu tiên khi kết hợp với PLC S7-1200, cho phép điều khiển tốc độ, vị trí và mô-men xoắn trực tiếp từ PLC qua mạng Profinet, đồng thời hỗ trợ chẩn đoán nâng cao. Mã sản phẩm V90 PN thường chứa ký tự “F” (ví dụ, 6SL3210-5FE…). Phiên bản V90 PTI (Pulse Train Input) được điều khiển bằng tín hiệu xung/hướng từ ngõ ra PTO của S7-1200 hoặc bộ điều khiển chuyên dụng, phù hợp cho định vị điểm-điểm cơ bản hoặc khi sử dụng khối hàm công nghệ TO_PositioningAxis. Mã sản phẩm V90 PTI thường chứa ký tự “B” hoặc “C” (ví dụ, 6SL3210-5BE…).
Yêu cầu về encoder của động cơ SIMOTICS S-1FL6 (ví dụ: incremental TTL, absolute) cũng cần được đảm bảo tương thích với biến tần V90. Chức năng an toàn Safe Torque Off (STO), thường được tích hợp trong V90, giúp ngắt mô-men xoắn động cơ an toàn. Cuối cùng, cần xem xét các phụ kiện cần thiết như cáp động lực, cáp encoder, cáp phanh, điện trở phanh (nếu cần) và bộ lọc EMC tùy theo môi trường và yêu cầu.
Bảng biến tần Sinamics V90 để bạn có thể tham khảo lựa chọn:
| Mã V90 | Công suất | Đặc điểm chính & sử dụng với S7-1200 |
| 6SL3210-5FE10-4UF0 | 0.4 kW | Tích hợp Profinet cho kết nối mạng dễ dàng. Điều khiển tốc độ, vị trí cơ bản (SINA_POS) và giám sát từ S7-1200. Phù hợp cho các cơ cấu nhỏ, băng tải nhẹ. |
| 6SL3210-5FE10-8UF0 | 0.75 kW | Khả năng Profinet tương tự, công suất cao hơn cho các ứng dụng đòi hỏi mô-men lớn hơn một chút, như máy đóng gói nhỏ, cơ cấu nâng hạ nhẹ. |
| 6SL3210-5FE11-0UF0 | 1.0 kW | Cung cấp giải pháp Profinet cho các động cơ 1kW. Thích hợp cho các ứng dụng định vị, cấp phôi tự động có kích thước và quán tính trung bình. |
| 6SL3210-5FE11-5UF0 | 1.5 kW | Mở rộng dải công suất cho các tác vụ Profinet, phù hợp với các trục chính của máy công cụ nhỏ, các hệ thống băng tải yêu cầu gia tốc lớn hơn. |
| 6SL3210-5FE12-0UF0 | 2.0 kW | Giải pháp Profinet mạnh mẽ cho các ứng dụng công suất đến 2kW, như các cơ cấu chuyển động phức tạp hơn, hoặc các ứng dụng cần dự phòng công suất. |
| 6SL3210-5FE13-5UF0 | 3.5 kW | Đáp ứng nhu cầu công suất cao hơn với giao tiếp Profinet, có thể dùng cho các trục truyền động lớn hơn, các máy móc chuyên dụng đòi hỏi mô-men khởi động và làm việc cao. |
| 6SL3210-5FE15-0UF0 | 5.0 kW | Dành cho các ứng dụng servo công suất đáng kể, giao tiếp Profinet, phù hợp với các hệ thống truyền động chính trong các dây chuyền sản xuất hoặc máy móc lớn. |
| 6SL3210-5FE17-0UF0 | 7.0 kW | Cung cấp giải pháp Profinet cho dải công suất rất lớn của dòng V90, thích hợp cho các ứng dụng servo nặng, yêu cầu mô-men và công suất đặc biệt cao. |
Khi lựa chọn, cần luôn tham khảo tài liệu kỹ thuật mới nhất từ Siemens và có thể sử dụng các công cụ chọn lựa trực tuyến của hãng. Việc xác định rõ yêu cầu ứng dụng sẽ giúp chọn được cấu hình tối ưu.
1.3. Module truyền thông cần thiết cho V90 và S7-1200
Khi thực hiện kết nối giữa PLC S7-1200 và biến tần Sinamics V90, việc xác định sự cần thiết của các module truyền thông bổ sung phụ thuộc chủ yếu vào phương thức truyền thông được lựa chọn.
Đa số các dòng CPU S7-1200 hiện nay đều được trang bị ít nhất một cổng Profinet tích hợp, đây là giao thức được ưu tiên hàng đầu cho việc giao tiếp với biến tần Sinamics V90 phiên bản PN (Profinet).
Trong trường hợp này, người dùng thường không cần phải trang bị thêm bất kỳ module truyền thông nào cho PLC S7-1200, do cổng Profinet sẵn có trên CPU đã đủ khả năng để thiết lập kết nối trực tiếp thông qua cáp Profinet tiêu chuẩn.
Tuy nhiên, đối với các hệ thống có quy mô lớn có nhiều thiết bị Profinet hoặc khi có yêu cầu phân tách mạng thành các segment riêng biệt nhằm tối ưu hóa hiệu suất hoặc quản lý, việc sử dụng một switch công nghiệp Ethernet sẽ trở nên cần thiết. Cần lưu ý rằng switch này là một thiết bị mạng độc lập chứ không phải là một module gắn thêm vào PLC.
Đối với trường hợp sử dụng biến tần Sinamics V90 phiên bản PTI (Pulse Train Input), phương thức điều khiển sẽ dựa trên các tín hiệu xung và hướng. PLC S7-1200, đặc biệt là các model có ngõ ra DC, thường tích hợp sẵn các ngõ ra xung tốc độ cao (PTO – Pulse Train Output).
Nếu số lượng trục V90 PTI cần điều khiển không vượt quá số lượng ngõ ra PTO tích hợp trên CPU, và các yêu cầu về tần số xung hay độ chính xác nằm trong khả năng đáp ứng của các ngõ ra này, thì không cần thêm module.
Tuy nhiên, nếu số lượng trục lớn hơn hoặc yêu cầu kỹ thuật cao hơn, việc xem xét sử dụng các module tín hiệu (Signal Modules – SM) hoặc bo mạch tín hiệu (Signal Boards – SB) có chức năng ngõ ra xung tốc độ cao chuyên dụng cho S7-1200 có thể được cân nhắc.
Dù chỉ là các ứng dụng V90 PTI cơ bản, các ngõ ra PTO tích hợp thường đáp ứng đủ nhu cầu và S7-1200 hỗ trợ truyền thông Modbus RTU qua RS485, RS232. Tuy nhiên, việc sử dụng module truyền thông nối tiếp như CM 1241 RS485 để giao tiếp với V90 là rất hiếm gặp và không phải là phương pháp được khuyến nghị cho các tác vụ điều khiển servo chính, do V90 không ưu tiên giao tiếp qua Modbus RTU cho mục đích này.
1.4. Cáp kết nối và phụ kiện cho hệ thống S7-1200 và V90
Chất lượng và sự tương thích của cáp kết nối cùng các phụ kiện đi kèm đóng một vai trò thiết yếu trong việc đảm bảo tính ổn định và hiệu suất vận hành của toàn bộ hệ thống điều khiển biến tần Sinamics V90 bằng PLC S7-1200.
Cụ thể, đối với việc kết nối giữa S7-1200 và biến tần Sinamics V90 PN, yêu cầu bắt buộc là sử dụng cáp Profinet công nghiệp, thường là loại cáp Ethernet Cat5e hoặc cao hơn, có đặc tính chống nhiễu tốt và mang màu xanh lá đặc trưng. Việc sử dụng các đầu nối RJ45 chuẩn công nghiệp, ví dụ như dòng IE FC RJ45 Plug của Siemens, được khuyến nghị để đảm bảo kết nối cơ khí chắc chắn và độ tin cậy truyền dẫn tín hiệu trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt.
Trong trường hợp kết nối S7-1200 với biến tần Sinamics V90 PTI thông qua các ngõ ra PTO của PLC, người dùng sẽ cần đến cáp điều khiển nhiều lõi. Loại cáp này dùng để truyền các tín hiệu xung (Pulse), tín hiệu hướng (Direction), và có thể cả tín hiệu cho phép hoạt động (Enable) từ PLC đến các ngõ vào tương ứng trên biến tần V90. Thông số kỹ thuật của cáp và sơ đồ đấu nối chi tiết cần được tuân thủ nghiêm ngặt theo tài liệu PLC S7-1200 và tài liệu biến tần V90.
Bên cạnh các loại cáp truyền thông và điều khiển nêu trên, một số loại cáp và phụ kiện khác cũng đóng vai trò không thể thiếu trong hệ thống sử dụng V90. Cáp động lực, hay motor cable, là loại cáp chuyên dụng nối giữa ngõ ra của biến tần V90 (các cọc U, V, W) và động cơ servo SIMOTICS S-1FL6; Siemens cung cấp dòng cáp MOTION-CONNECT được thiết kế tối ưu cho mục đích này.
Cáp encoder, dùng để kết nối giữa bộ mã hóa (encoder) trên động cơ S-1FL6 và đầu vào encoder tương ứng trên biến tần V90, có nhiệm vụ truyền tín hiệu phản hồi vị trí và tốc độ. Nếu hệ thống có sử dụng điện trở phanh ngoài kết hợp với V90, cáp phanh phù hợp sẽ cần để kết nối điện trở này với biến tần. Nguồn cấp ổn định 24VDC cho PLC S7-1200 và nguồn động lực phù hợp (1 pha hoặc 3 pha tùy model) cho biến tần V90 là điều kiện tiên quyết.
Các phụ kiện lắp đặt như terminal, cầu đấu, ống co nhiệt, máng đi dây, và kẹp cáp giúp cho việc thi công tủ điện được thực hiện một cách chuyên nghiệp, an toàn và gọn gàng. Cuối cùng, việc thiết lập một hệ thống tiếp địa hiệu quả cho PLC, biến tần V90, và động cơ là bắt buộc nhằm đảm bảo an toàn và giảm thiểu ảnh hưởng của nhiễu điện từ.
1.5. Phần mềm lập trình và cấu hình cho S7-1200 và Sinamics V90
Để thực hiện công việc lập trình cho PLC S7-1200 cũng như cấu hình, vận hành thử và tối ưu hóa biến tần Sinamics V90, việc sử dụng các công cụ phần mềm chuyên dụng do Siemens phát triển là điều cần thiết.
Nền tảng phần mềm tích hợp chính được sử dụng là TIA Portal (Totally Integrated Automation Portal). Bên trong TIA Portal chứa gói phần mềm STEP 7 Basic/Professional là phần mềm lập trình PLC S7-1200 hỗ trợ các ngôn ngữ lập trình PLC phổ biến như LAD, FBD và lập trình SCL trên S7-1200. Thông thường, STEP 7 Basic là đủ cho phần lớn các ứng dụng sử dụng S7-1200.
Một thành phần quan trọng khác trong TIA Portal là SINAMICS Startdrive, có phiên bản Basic hoặc Advanced. Đây là công cụ được thiết kế chuyên biệt để làm việc với các dòng biến tần SINAMICS, bao gồm cả Sinamics V90, không phân biệt phiên bản PN hay PTI (khi được tích hợp thông qua file GSDML).
Startdrive cung cấp một giao diện đồ họa trực quan, các trình hướng dẫn (wizard), và khả năng kết nối trực tuyến với biến tần, giúp đơn giản hóa đáng kể quá trình cài đặt hàng trăm thông số của V90. Đối với V90 PN, việc cấu hình telegram truyền thông và địa chỉ Profinet được thực hiện một cách thuận tiện trong Startdrive và được đồng bộ hóa với cấu hình phần cứng của PLC trong môi trường TIA Portal.
Trong trường hợp TIA Portal phiên bản cũ hoặc khi Startdrive chưa hỗ trợ đầy đủ model V90 PN cụ thể, người dùng có thể cần tải file GSDML (General Station Description Markup Language) cho V90 PN từ trang web hỗ trợ của Siemens và cài đặt vào TIA Portal. Tuy nhiên, việc sử dụng Startdrive vẫn được khuyến nghị để có được trải nghiệm tích hợp tối ưu nhất.
Ngoài TIA Portal, Siemens còn cung cấp một công cụ phần mềm độc lập, miễn phí, là SINAMICS V-Assistant. Phần mềm này được phát triển riêng cho dòng biến tần Sinamics V90, hỗ trợ các tác vụ cấu hình, vận hành thử, tối ưu hóa (tuning), và chẩn đoán lỗi.
V-Assistant rất hữu ích khi làm việc với phiên bản V90 PTI nhờ giao diện trực quan cho việc cài đặt các thông số liên quan đến chế độ điều khiển xung, kiểm tra tín hiệu I/O, và thực hiện auto-tuning.
Ngay cả khi sử dụng V90 PN, V-Assistant vẫn có thể được dùng để truy cập sâu hơn vào các thông số hoặc thực hiện các tác vụ chẩn đoán chi tiết mà không cần thiết phải mở toàn bộ dự án TIA Portal. Việc đảm bảo tính tương thích giữa các phiên bản phần mềm TIA Portal, STEP 7, Startdrive (hoặc V-Assistant) với phiên bản firmware của CPU S7-1200 và biến tần V90 là cực kỳ quan trọng. Người dùng nên thường xuyên kiểm tra thông tin tương thích trên trang web hỗ trợ của Siemens và cài đặt các gói HSP (Hardware Support Packages) mới nhất cho TIA Portal.
2. Thiết lập kết nối giữa PLC S7-1200 và biến tần V90
Sau khi chuẩn bị phần cứng và phần mềm, bước tiếp theo là thiết lập kết nối và truyền thông PLC S7-1200 với biến tần, ví dụ Sinamics V90 PN. Quá trình này gồm kết nối vật lý và cấu hình logic trong TIA Portal, tập trung vào phương thức truyền thông Profinet S7-1200.
2.1. Kết nối vật lý (đấu dây)
Việc đấu dây cẩn thận đảm bảo tín hiệu truyền thông suốt. Đối với kết nối Profinet, sử dụng cáp Profinet (Ethernet công nghiệp, Cat5e hoặc cao hơn, có chống nhiễu) kết nối từ cổng Profinet trên CPU S7-1200 đến cổng Profinet trên biến tần Sinamics V90 PN. Đảm bảo chất lượng đầu bấm RJ45, ưu tiên đầu nối RJ45 công nghiệp. Việc đấu nối tiếp nhiều thiết bị Profinet cần cân nhắc số lượng và chiều dài cáp; với mạng lớn, nên dùng switch công nghiệp.
Về kết nối nguồn cấp, PLC S7-1200 cần nguồn 24VDC đúng cực tính. Biến tần Sinamics V90 cần nguồn động lực (ví dụ 3 pha 380VAC hoặc 1 pha 220VAC tùy model) và kết nối motor U, V, W. Chân tiếp địa (PE) của PLC, biến tần và động cơ cần được nối vào hệ thống tiếp địa chung.
Kết nối I/O, dù Profinet xử lý hầu hết trao đổi dữ liệu, một số tín hiệu I/O cứng có thể cần thiết cho chức năng phụ trợ hoặc an toàn cơ bản. Ví dụ, tín hiệu enable vật lý từ PLC đến biến tần, hoặc đấu nối chân Safe Torque Off (STO) của V90 với hệ thống E-Stop hoặc relay an toàn. Một số tín hiệu trạng thái đơn giản có thể đưa về Digital Input của PLC. Sơ đồ đấu dây chi tiết cần tham khảo tài liệu hướng dẫn của từng model PLC và biến tần.
2.2. Cấu hình phần cứng và mạng trong TIA Portal
Sau đấu nối vật lý, tiến hành cấu hình logic trong TIA Portal. Đầu tiên, tạo dự án mới và thêm thiết bị bằng cách vào Devices & networks, chọn Add new device, thêm CPU S7-1200 đúng mã và phiên bản firmware, sau đó thêm biến tần Sinamics V90 PN từ catalogue phần cứng của TIA Portal. Nếu V90 PN không có sẵn, cần cài đặt file GSDML cho V90 PN, tải từ trang web Siemens và quản lý qua Options -> Manage general station description files (GSD).
Tiếp theo, thiết lập địa chỉ IP và tên thiết bị (Device Name) cho Profinet. Trong TIA Portal, chọn CPU S7-1200, vào Properties -> PROFINET interface [X1] -> Ethernet addresses, đặt địa chỉ IP cho PLC (ví dụ 192.168.0.1) và Subnet mask. Tương tự, đặt địa chỉ IP cho biến tần V90 PN (ví dụ 192.168.0.2), cùng lớp mạng và không trùng lặp. Mỗi thiết bị Profinet IO cần một Device Name duy nhất, đặt trong TIA Portal (ví dụ v90_axis1) và gán cho biến tần thực tế bằng cách kết nối PLC với máy tính, chọn biến tần trong Network view, chuột phải chọn Assign device name, chọn đúng biến tần dựa trên địa chỉ MAC và gán tên.
Để kết nối Profinet giữa PLC và biến tần, trong Network view, kéo đường kết nối từ cổng Profinet của PLC đến cổng Profinet của biến tần. TIA Portal sẽ tự động thiết lập mối quan hệ IO Controller (PLC) và IO Device (biến tần).
Cấu hình Telegram truyền thông cho biến tần là bước tiếp theo. Chọn biến tần V90 PN trong Device view, trong Properties, tìm mục Cyclic data exchange. Siemens cung cấp các telegram chuẩn, ví dụ Standard Telegram 1 (PZD 2/2) gửi 2 PZD (Control Word, Speed Setpoint) và nhận 2 PZD (Status Word, Actual Speed), phù hợp cho nhiều ứng dụng điều khiển tốc độ. Standard Telegram 3 (PZD 4/4) trao đổi nhiều dữ liệu hơn. Việc lựa chọn telegram quyết định địa chỉ I/O PLC sử dụng, TIA Portal tự động gán các địa chỉ này.
Cuối cùng, biên dịch cấu hình phần cứng (Compile -> Hardware (rebuild all)) và tải cấu hình xuống PLC S7-1200 (Download to device -> Hardware configuration). Kiểm tra lỗi nếu có, đặc biệt là địa chỉ IP, Device Name và lựa chọn telegram.
3. Viết chương trình cho PLC S7-1200 và cài đặt thông số biến tần V90
Sau khi kết nối được thiết lập, bước tiếp theo là lập trình PLC S7-1200 và cài đặt thông số cho biến tần Sinamics V90. Giai đoạn này yêu cầu tư duy logic và kinh nghiệm để chuyển hóa yêu cầu điều khiển thành hoạt động của động cơ.
3.1. Lập trình PLC S7-1200 để điều khiển biến tần
TIA Portal hỗ trợ các ngôn ngữ lập trình như LAD, FBD, SCL. Sử dụng các khối hàm (FBs) chuyên dụng của PLC Siemens như SINA_SPEED, SINA_POS cho điều khiển biến tần qua Profinet giúp đơn giản hóa chương trình.
Để sử dụng khối hàm SINA_SPEED cho điều khiển tốc độ, trong Program blocks, tạo khối OB1 hoặc FC/FB riêng. Từ cửa sổ Instructions, tìm và kéo thả khối SINA_SPEED vào network. Các chân đầu vào quan trọng của SINA_SPEED bao gồm ConfigAxis (kiểu HW_ANY, trỏ đến đối tượng phần cứng của biến tần), EnableAxis (BOOL, cho phép trục hoạt động), Run (BOOL, chạy/dừng biến tần), SetSpeed (REAL, giá trị tốc độ đặt), Direction (chiều quay), Off1, Off2, Off3 (chế độ dừng), và Reset (BOOL, reset lỗi). Các chân đầu ra quan trọng gồm AxisEnabled (BOOL, trạng thái trục đã enable), AxisRunning (BOOL, trạng thái biến tần đang chạy), ActualSpeed (REAL, tốc độ thực tế), Error (BOOL, cờ báo lỗi), và Status (mã trạng thái). Lập trình logic điều khiển bằng cách tạo các tag PLC và kết nối chúng với các chân đầu vào của SINA_SPEED.
Một cách khác là truy cập trực tiếp PZD (Process Data Word) bằng cách đọc/ghi vào các địa chỉ I/O của telegram đã cấu hình. Ví dụ, với Standard Telegram 1, PLC gửi Control Word (STW1) và Speed Setpoint (NSOLL_A), nhận Status Word (ZSW1) và Actual Speed (NIST_A). Control Word là một WORD 16 bit, mỗi bit có ý nghĩa điều khiển theo chuẩn PROFIdrive (ví dụ bit 0: ON/OFF1, bit 3: Enable Operation, bit 7: Fault Reset, bit 10: Control by PLC). Speed Setpoint (NSOLL_A) là WORD hoặc DWORD, giá trị cần chuẩn hóa (ví dụ 16384 tương ứng tốc độ định mức, phụ thuộc tham số p2000). Status Word (ZSW1) đọc về từ biến tần, mỗi bit báo trạng thái (ví dụ bit 0: Ready to Switch On, bit 2: Operation Enabled, bit 3: Fault Present). Actual Speed (NIST_A) cũng cần hiểu theo chuẩn hóa. Cách này đòi hỏi hiểu biết về cấu trúc Control/Status Word và chuẩn hóa giá trị.
Ví dụ logic điều khiển cơ bản với SINA_SPEED: Khi PLC khởi động, EnableAxis = TRUE. Khi nút Start_Button nhấn, Run = TRUE. Khi Stop_Button nhấn, Run = FALSE. Giá trị Speed_Setpoint_HMI gán cho SetSpeed. Thay đổi Direction để đảo chiều. Khi có lỗi và Reset_Button nhấn, Reset = TRUE. Đọc AxisRunning, ActualSpeed, Error, Status để hiển thị.
3.2. Cài đặt thông số cho biến tần Sinamics V90 PN
Biến tần V90 có nhiều thông số (Parameterization) cần cài đặt, có thể thực hiện qua BOP trên biến tần hoặc dùng SINAMICS Startdrive trong TIA Portal hoặc V-Assistant.
Khi sử dụng SINAMICS Startdrive, double-click vào biến tần V90 trong Device view. Commissioning Wizard của Startdrive hướng dẫn các bước cài đặt cơ bản: nhập thông số động cơ (điện áp, dòng điện, công suất, tần số, tốc độ định mức), chọn chế độ điều khiển (đảm bảo nguồn lệnh và nguồn đặt tốc độ từ Fieldbus/Profinet), chọn macro ứng dụng (nếu có), cài đặt giới hạn dòng điện, tốc độ, và thời gian tăng/giảm tốc (p1120, p1121).
Sau wizard, Parameter view cho phép truy cập danh sách đầy đủ thông số. Một số thông số quan trọng bao gồm p2000 (Reference speed) dùng để chuẩn hóa giá trị setpoint và actual speed qua Profinet. Các thông số liên quan đến Profinet (địa chỉ, telegram) cần khớp với cấu hình PLC. Các thông số bảo vệ động cơ (p0640, p0304, p0305, p0307) và chức năng dừng (p1115, p1116) cũng cần được xem xét. Đối với ứng dụng servo hoặc yêu cầu đáp ứng nhanh, V90 PN có chức năng tự động tối ưu (One Button Tuning/Auto Tuning) trong Startdrive. Sau khi cài đặt, lưu thông số vào bộ nhớ biến tần và tải xuống.
Kiểm tra cơ bản sau khi cài đặt bao gồm đảm bảo không có lỗi trên BOP và sử dụng chức năng JOG (nếu có) từ BOP hoặc Startdrive để kiểm tra chiều quay và hoạt động cơ bản của động cơ (sau khi đảm bảo an toàn).
3.3. Đồng bộ hóa và chuẩn hóa giá trị
Đồng bộ hóa và chuẩn hóa giá trị, đặc biệt là tốc độ, giữa PLC và biến tần là quan trọng. Giá trị tốc độ gửi từ PLC và đọc về được chuẩn hóa. Giá trị 4000H (16384) hoặc 1.0 (REAL) thường tương ứng với p2000 (Reference speed). Công thức tính giá trị gửi đi: Setpoint_PLC = (Desired_Speed_RPM / p2000_Value_RPM) * 16384. Công thức quy đổi giá trị đọc về: Actual_Speed_RPM = (Actual_Value_From_Drive / 16384) * p2000_Value_RPM. Khối SINA_SPEED thường xử lý việc này nếu cấu hình đúng.
4. Tiến hành kiểm nghiệm điều khiển biến tần V90 qua PLC S7-1200
Sau các bước chuẩn bị, thiết lập, lập trình và cài đặt, giai đoạn kiểm nghiệm hệ thống điều khiển biến tần V90 qua PLC S7-1200 là cần thiết. Đây là bước xác nhận, tinh chỉnh và đảm bảo hệ thống vận hành an toàn, ổn định, hiệu quả.
4.1. Các bước kiểm tra an toàn trước khi vận hành
Trước khi vận hành, cần thực hiện kiểm tra an toàn. Về mặt cơ khí, đảm bảo động cơ lắp đặt chắc chắn, không có vật cản, khớp nối siết chặt, và các cơ cấu an toàn cơ khí đúng vị trí.
Về điện, kiểm tra lại toàn bộ kết nối dây động lực, điều khiển, đảm bảo siết chặt, không chạm chập. Đo thông mạch, cách điện nếu cần. Hệ thống tiếp địa phải kết nối đúng. Nút dừng khẩn cấp phải sẵn sàng và hoạt động.
Về phần mềm và cấu hình, rà soát chương trình PLC, logic điều khiển, giới hạn tốc độ, xử lý lỗi. Kiểm tra thông số cài đặt cho V90. Đảm bảo không có lỗi biên dịch và tải chương trình/cấu hình.
4.2. Vận hành thử nghiệm và giám sát
Đầu tiên, kiểm tra truyền thông Profinet bằng cách kết nối Online với PLC S7-1200 trong TIA Portal, vào Online & diagnostics, kiểm tra trạng thái mạng Profinet, đảm bảo PLC kết nối thành công với V90. Kiểm tra đèn LED trạng thái trên PLC và biến tần.
Tiếp theo, kiểm tra các chức năng điều khiển cơ bản. Để chạy/dừng, từ TIA Portal (Watch table) hoặc HMI, kích hoạt tín hiệu Run cho SINA_SPEED, quan sát động cơ khởi động đúng chiều, kiểm tra phản hồi AxisRunning. Kích hoạt tín hiệu dừng, quan sát động cơ dừng.
Để điều khiển tốc độ, đặt giá trị tốc độ thấp vào SetSpeed, quan sát động cơ chạy, đọc ActualSpeed, so sánh giá trị đặt và thực tế. Thay đổi tốc độ đặt, quan sát đáp ứng. Để đảo chiều, thay đổi tín hiệu Direction, quan sát động cơ dừng rồi đổi chiều. Kiểm tra thời gian tăng/giảm tốc, quan sát động cơ tăng/giảm tốc mượt mà theo thời gian cài đặt (p1120, p1121).
Trong quá trình này, cần giám sát các thông số vận hành. Sử dụng Watch table trong TIA Portal để theo dõi Control Word, Speed Setpoint, Status Word, Actual Speed, tín hiệu lỗi. Sử dụng chức năng Trace để ghi biểu đồ thay đổi tín hiệu. Trong Startdrive, Trace và Diagnostics cung cấp thông tin chi tiết về trạng thái biến tần.
4.3. Xử lý sự cố thường gặp
Quá trình kiểm nghiệm có thể phát sinh sự cố (Troubleshooting), vì vậy Thanh Thiên Phú đã tổng hợp một số sự cố và hướng giải quyết để bạn có thể dễ dàng khắc phục sự cố khi phát sinh. Cụ thể:
| Sự cố | Nguyên nhân | Cách khắc phục |
| PLC không kết nối được với biến tần qua Profinet | – Sai địa chỉ IP hoặc Device Name.
– Cáp Profinet lỗi hoặc kết nối lỏng. – Cấu hình telegram không khớp. – Biến tần chưa được cấp nguồn hoặc lỗi phần cứng. – Lỗi cấu hình mạng trong TIA Portal. |
– Kiểm tra lại địa chỉ IP, Subnet Mask, Device Name của PLC và biến tần trong TIA Portal và gán lại Device Name cho biến tần.
– Kiểm tra cáp, đầu nối Profinet. Thử thay cáp khác. – Đảm bảo telegram đã chọn trong Hardware Config (PLC) khớp với cấu hình trong biến tần. – Kiểm tra nguồn cấp và đèn trạng thái trên biến tần. – Biên dịch lại toàn bộ cấu hình phần cứng và tải lại xuống PLC. |
| Động cơ không chạy khi có lệnh Run | – Thiếu tín hiệu Enable (ví dụ: EnableAxis của SINA_SPEED = FALSE, hoặc một chân DI vật lý yêu cầu enable chưa được kích hoạt).
– Biến tần đang báo lỗi (Fault). – Sai logic điều khiển trong PLC (ví dụ: Bit 10 “Control by PLC” trong Control Word chưa được set). – Thông số động cơ cài đặt sai. – Kết nối động lực sai (U, V, W). – Tải quá nặng hoặc bị kẹt cơ khí. |
– Kiểm tra tín hiệu Enable trong chương trình PLC. Kiểm tra các điều kiện khóa liên động.
– Kiểm tra mã lỗi trên biến tần (BOP hoặc Startdrive) và reset lỗi (nếu có thể). – Kiểm tra lại Control Word gửi đi, đảm bảo các bit cần thiết được set đúng. – Kiểm tra và nhập lại chính xác thông số động cơ. – Kiểm tra lại sơ đồ đấu dây động lực. – Tháo tải khỏi động cơ để thử nghiệm (nếu có thể). |
| Động cơ chạy sai tốc độ hoặc không ổn định | – Sai giá trị p2000 (Reference speed) hoặc chuẩn hóa tốc độ sai.
– Thông số PID của bộ điều khiển tốc độ trong biến tần chưa tối ưu. – Nhiễu điện từ ảnh hưởng đến tín hiệu. – Động cơ hoặc tải có vấn đề. |
– Kiểm tra lại p2000 và công thức chuẩn hóa tốc độ trong chương trình PLC.
– Thực hiện Auto-tuning cho bộ điều khiển tốc độ của biến tần V90 (qua Startdrive hoặc V-Assistant). – Kiểm tra hệ thống tiếp địa, sử dụng cáp có chống nhiễu, tách biệt cáp động lực và cáp tín hiệu. – Kiểm tra cơ khí của động cơ và tải. |
| Động cơ chạy sai chiều | – Đấu sai thứ tự pha U, V, W của động cơ.
– Logic điều khiển chiều trong PLC sai. |
– Đảo 2 trong 3 pha cấp cho động cơ (U, V, W). Lưu ý: Luôn ngắt nguồn trước khi thao tác dây động lực.
– Kiểm tra lại tín hiệu Direction (hoặc bit đảo chiều trong Control Word) trong chương trình PLC. |
| Biến tần báo lỗi (Fault) | – Quá dòng, quá áp, thấp áp, quá nhiệt (biến tần hoặc động cơ).
– Lỗi truyền thông. – Lỗi phần cứng bên trong biến tần. |
– Đọc mã lỗi trên BOP hoặc Startdrive để xác định nguyên nhân cụ thể. Tham khảo tài liệu của V90 để hiểu ý nghĩa mã lỗi.
– Kiểm tra tải, nguồn cấp, thông gió cho biến tần. – Kiểm tra lại kết nối Profinet. – Reset lỗi. Nếu lỗi tái diễn, có thể cần sự hỗ trợ từ nhà cung cấp hoặc chuyên gia. |
5. Thanh Thiên Phú cung cấp biến tần, S7-1200 và phần mềm Siemens chính hãng
Việc triển khai hệ thống điều khiển biến tần bằng PLC S7-1200, từ lựa chọn thiết bị đến tối ưu hóa, mang lại nhiều lợi ích. Tích hợp PLC S7-1200 với biến tần Sinamics V90 giúp nâng cao hiệu suất, tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí bảo trì, đảm bảo an toàn và tăng cường năng lực cạnh tranh.
Đối với kỹ sư, kỹ thuật viên và quản lý kỹ thuật, việc nắm vững kỹ năng này mở ra cơ hội phát triển sự nghiệp. Đối với doanh nghiệp, đầu tư vào hệ thống điều khiển hiện đại là đầu tư cho sự phát triển bền vững.
Thanh Thiên Phú là Đại lý Siemens tại Việt Nam cung cấp sản phẩm PLC Siemens S7-1200, biến tần Sinamics V90, thiết bị điện công nghiệp chính hãng, cùng dịch vụ tư vấn kỹ thuật và hỗ trợ từ đội ngũ chuyên gia.
Nếu bạn đang tìm giải pháp nâng cấp hệ thống điều khiển động cơ, muốn tối ưu hóa quy trình sản xuất, tiết kiệm năng lượng và chi phí, hoặc cần một hệ thống tự động hóa tiên tiến, hãy liên hệ với chúng tôi.
- Hotline 08.12.77.88.99.
- Website: thanhthienphu.vn
- Địa chỉ: 20 đường 29, Khu phố 2, Phường Cát Lái, Thành phố Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh
